Los trenes de mercancías modernos dependen de un híbrido diésel-eléctrico. El gran motor diésel de dos tiempos, turboalimentado, funciona a bajas revoluciones constantes y acciona un generador de alto voltaje. El generador alimenta los motores de tracción en cada eje, entregando potencia directamente a las ruedas. Esta disposición elimina la necesidad de una caja de cambios de varias velocidades, lo que permite que la locomotora acelere suavemente desde parado hasta 200 km/h (125 mph) sin cambios de marcha.
Los motores diésel son hasta un 20% más eficientes térmicamente que los motores de gasolina. Para el ferrocarril, esto se traduce en aproximadamente cuatro veces la economía de combustible de los camiones:una locomotora CSX puede transportar 1 tonelada de carga durante 492 millas con un solo galón de diésel. Las locomotoras diésel-eléctricas también son cinco veces más eficientes que las máquinas de vapor que las precedieron.
Los ferrocarriles utilizan ruedas de acero sobre rieles de acero porque la zona de contacto es pequeña (aproximadamente del tamaño de una moneda de diez centavos), lo que minimiza la deformación. El contacto acero sobre acero reduce la resistencia a la rodadura muy por debajo del 1%, lo que convierte a los trenes en el modo de transporte de mercancías pesadas con mayor eficiencia energética. La desventaja es una menor tracción, que se soluciona mediante el sistema de tracción que se describe a continuación.
Cada uno de los ocho motores de tracción de la locomotora puede producir más de 60 000 lb-pie de torque. Para evitar que las ruedas patinen durante la aceleración o el frenado, la locomotora utiliza un sistema de pulverización de arena y una unidad electrónica de control de tracción. Cuando se detecta un deslizamiento, se expulsa arena sobre los rieles y el sistema reduce la potencia a los motores afectados.
El motor EMD 710 presenta:
Su ciclo de dos tiempos ofrece el doble de potencia por revolución en comparación con un motor de cuatro tiempos de tamaño similar, lo que permite un funcionamiento continuo durante décadas.
Propulsión: Los motores de tracción impulsan las ruedas mediante una reducción de engranajes, lo que permite velocidades de hasta 200 km/h. Cada motor puede consumir>700A.
Suspensión: Una combinación de ballestas o resortes helicoidales, cojinetes pivotantes y eslabones laterales amortigua las irregularidades de la vía, reduciendo el desgaste y mejorando la calidad de marcha.
Frenado: Los frenos de tambor neumáticos proporcionan potencia de frenado mecánica, mientras que el frenado dinámico convierte los motores en generadores, disipando energía cinética en forma de calor a través de mallas resistivas. Un freno de mano en el eje trasero sirve como respaldo de seguridad.
Amtrak, el operador ferroviario nacional de pasajeros, está modernizando su flota con locomotoras de doble potencia que funcionan con diésel o líneas electrificadas. Los nuevos vagones “Superliner” de dos niveles ofrecen asientos espaciosos, servicios de comedor y cabinas para dormir, lo que brinda una alternativa cómoda a los viajes en avión. El servicio de almacenamiento de vagones de Amtrak permite a los pasajeros llevar un vehículo en rutas seleccionadas.
Una locomotora diésel combina un motor diésel que alimenta un generador eléctrico con motores de tracción que hacen girar las ruedas.
Las locomotoras modernas generan alrededor de 3200 hp, que el generador convierte en aproximadamente 4700 A de corriente para los motores de tracción.
Una locomotora tradicional se basa únicamente en una transmisión mecánica. Una locomotora híbrida diésel-eléctrica utiliza generación eléctrica para impulsar las ruedas, lo que proporciona una mayor eficiencia y una entrega de potencia más suave.
Los motores diésel tienen relaciones de compresión más altas, ofrecen un 20 % más de eficiencia térmica que los motores de gasolina y pueden funcionar de forma continua a bajas revoluciones durante décadas.
Las ruedas de acero sobre rieles de acero reducen la fricción de rodadura a menos del 1%, lo que conserva energía y extiende la vida útil en comparación con los neumáticos de caucho.
